磁悬浮列车的历史、现状及发展

RailwayBook 2022-06-29 15:47:22

近段时间国内外出现不少有关磁悬浮列车的报道,如西南交大研发了一款真空磁悬浮列车,时速可达近3000公里;日本将向美国提供磁悬浮列车技术;北京地铁S1线为中国首条即将开通的中低速磁浮商业运行线路;长沙南站至长沙机场的磁悬浮工程正式开工建设等。虽然目前国内在大力发展轮轨技术的高速铁路,但不可否认我国磁悬浮列车的研究利用也已走在世界前列,本期与大家探讨一下磁悬浮列车的历史、现状及发展。


1、磁悬浮列车的历史

磁悬浮Magnetically Levitated简称MagLev利用电磁系统产生的吸引力或排斥力将车辆托起,使整个列车悬浮在导轨上,利用电磁力进行导向,利用直线电机将电能直接转换成动能推动列车前进。它消除了轮轨之间的接触,无摩擦阻力,磁悬浮列车的最高时速可以达每小时550公里以上。

磁悬浮技术的研究源于德国,早在1922年德国工程师赫尔曼·肯佩尔就提出了电磁悬浮原理,并于1934年申请了磁悬浮列车的专利。从上世纪60年代起,一些国家就开始了磁悬浮运输系统的研究开发工作,德国、日本等国处于世界领先水平。我国自20世纪80年代初开始磁悬浮技术基础研究,中低速磁悬浮列车技术起步较早。截至目前,只有中国、日本和韩国掌握中低速磁悬浮交通技术。

1984年,第一辆商用磁悬浮列车在英国伯明翰国际机场投入运营,这条磁悬浮线路全长仅600米,运营时速26英里(约合每小时42公里)11年后因维护问题关闭。进入21世纪,高速磁悬浮列车开始投入商业运营,主要集中在日本和中国。世界上第一条高速磁悬浮铁路商业运行线是2003年运行的上海浦东磁悬浮列车,采用德国蒂森克虏伯-西门子的技术,时速可达到431公里。




2、磁悬浮列车的技术及分类

技术上说目前世界上有三种类型的磁悬浮列车:

一是以德国TransRapidTR)为代表的常导型磁悬浮列车系统:它利用常规的电磁铁与铁磁轨道相吸引的原理,由安装在列车车体底部的常规电磁体与位于电磁体上方的导磁轨道间的吸引力实现悬浮,列车在T型导轨上运行。常导磁吸型技术较简单,产生的电磁吸引力较小,悬浮的气隙较小,一般为8mm10mm。常导型高速磁悬浮列车的速度可达400km/h500km/h(上海浦东磁悬浮列车属于此类);

二是以日本MLU为代表的超导型磁悬浮列车系统:它是利用车载超导磁体在运动过程中与轨道的感应磁场产生相互排斥力而悬浮于轨道上,列车在U型槽内运行。悬浮气隙较大,一般为100mm左右(考虑到日本是一个地震多发的国家),技术相当复杂,并需屏蔽发散的电磁场,超导型磁悬浮列车速度可达500km/h以上;

三是以中国大连的“中华01号”和“中华06号”为代表的永磁补偿悬浮列车系统:采用“暗轨式”或“吊轨式”布局,悬浮力产生的方式是轨磁与列车翼磁之间的排斥和列车补磁与铁磁性导轨之间的吸引,磁动机驱动,永磁悬浮轮导向。该类型技术上受到质疑,比如由于轨道暴露在外,永磁体一旦吸附铁质物体,则很难清除。另外,长期使用,永磁体也会逐渐退磁。目前仅在实验论证阶段。


磁悬浮列车目前还有其它几种不同的分类方法。根据速度的不同又可以分为中低速磁浮(小于200km/h)和高速磁浮(500km/h);根据推进方式的不同分为直线同步电机型和直线感应电机型等。


3、各国磁悬浮列车的现状

1)中国:

2000年后,中国磁悬浮列车商用不断提上议程,北京八达岭干线、成都青城山项目、,北京东直门到首都机场的磁悬浮干线、沪杭磁悬浮项目等因各种原因(涉及资金、环保、客流、技术保障等)都未能最终落实。但近几年中低速磁悬浮项目重新得到关注,国防科技大学、西南交大、株洲电力机车厂、唐山客车厂等单位相继研制下线了相关产品,并在北京S1线、长沙机场线等取得突破。

目前运用和建设情况:

2003年至今上海浦东磁悬浮列车已运行超过10年,但经济效益不佳,每年亏损;

2003年由长春客车厂、西南交通大学和株洲电力机车研究所联合研制开发四川成都青成山磁悬浮列车线完工,该磁悬浮试验轨道长420米。(已暂停);

20055月中国自行研制的“中华06号”吊轨永磁悬浮列车于大连亮相,速度达每小时400公里;

20096月国内首列具有完全自主知识产权实用型低速磁悬浮列车在北车唐山轨道客车有限公司下线,完成列车调试,开始进行线路运行试验,标志着我国已经具备低速磁悬浮列车产业化制造能力;

20114月,中国南车、张家界市政府等在长沙签订《张家界中低速磁悬浮项目合作意向书》,计划在张家界建成我国首条中低速磁浮商业运营线,2012年底建成通车。(该项目目前尚处于初步规划阶段,尚未启动实施)

20121月低速磁浮列车在南车株洲电力机车有限公司内下线,磁浮列车采用三节编组,最高运行时速每小时100公里,列车大载客量约600人。

20143月,一波三折的北京首条中低速磁浮交通线路S1线下月全线开工建设,预计2015年底开通。(该线路曾于2011年初开工,但由于磁浮环保争议和审批等原因迟迟未能实质性动工。)

2014516日,高铁长沙南站长沙黄花国际机场的长沙磁悬浮工程正式开工建设。这是我国第一条完全自主研发的商业运营磁悬浮线,预计2016年上半年投产运营。


2)日本:

日本的磁悬浮研究开始于1962年,到197912月时速达到517公里。198211月,磁浮列车的载人试验获得成功。1990年日本着手建设山梨磁悬浮铁路试验线,首期18.4公里长的试验线于1996年全部建设完成,并于19974月开始进行运行试验,在当年12月创造了550公里/小时的高速列车世界纪录,2003年日本3辆编组载人的MLX01最高速度达每小时581公里,成为新的世界纪录。这标志着日本高速磁悬浮列车的技术问题已全部解决。

日本第一条正式运营的磁悬浮铁路是名古屋市区通向爱知世博会会场的磁悬浮线路,这条铁路于200536日正式开通,全长约9公里,中途设有9个站。该磁悬浮列车由3节车厢构成,全程无人驾驶,最高时速为100公里/小时,行驶全程需要17分钟。

日本于上世纪90年代初拟规划建立东京至大阪的磁悬浮铁路,并进行了可行性研究,但最终由于造价过高的原因而搁置。

20138月,日本JR东海铁路公司时隔2年后再次启动了L0系列新型磁悬浮列车的试运行,时速达到500公里,被称为“史上最快列车”。JR东海力争在2027,到2045年建成东京到大阪的磁悬浮线路,逐渐要实现全日本从南到北列车磁悬浮化。

20144月,日本政府决定向美国无偿提供磁悬浮技术,日方瞄准的是美国华盛顿至马里兰州巴尔的摩之间的高速铁路计划,若在这一计划中采用日本的磁悬浮技术,工程耗资预计达1万亿日元。


3)韩国:

韩国发展磁悬浮列车主要用于解决大城市的交通问题,最近几年,韩国磁悬浮列车技术发展迅速。韩国磁悬浮的发展过程经历了研究单位独立开发(1985年—1993年)、中期合作(1994年—1998年)和商业化尝试(1999年至今)等3个阶段。

2002年,韩国政府批准了1个4年计划,以建造1种新式的2辆编组磁悬浮列车UTM-02。2002年ROTEM公司已经成功开发了磁悬浮车辆MLV,磁悬浮车辆MLV速度快而且安全舒适,是未来理想的大众运输系统。

200612月,6年内开发出无人驾驶的磁悬浮列车,用于下一代城市交通。根据这项名为“城市磁悬浮列车实用化事业”的计划,韩国将在2012年前投资4500亿韩元(4.84亿美元),开发出时速为100公里的无人驾驶磁悬浮列车,并建成一条7公里长的示范线路。

201211月在仁川市中区仁川国际机场站举行了城市型磁悬浮列车示范路线竣工仪式和试乘仪式。

20144月,韩国首列自主研发的商用磁悬浮列车投入试运营,并将于7月中旬正式载客运行。该列车完全为无人驾驶,最高时速可达110公里,由仁川国际机场出发,行至仁川龙游站,全长6.1公里。韩国磁悬浮列车线路将成为继日本名古屋之后,世界上第二个实现成功实用运营的城市磁悬浮列车。

在仁川机场磁悬浮项目顺利运营后,韩国计划把位于其中西部的大田市地铁2号线打造为新的磁悬浮路线。该线路总长36公里,有30个车站,将于2020年正式载客运行,预计日均可载客1.3万人次。


4)德国:

德国是磁悬浮技术的发源地,但由于资金、环保争议、安全争议等问题,磁悬浮列车在德国屡屡受挫。德国的陆地交通非常发达,现有的高速铁路网四通八达,快捷迅速并深入各个角落。再加上世界上最好的高速公路网和频繁的空中交通,从实际需求上来讲,建造磁悬浮在德国并没有多大的需要。很多人承认磁悬浮技术好,但目前用不着,而且造价太高,戏称它是昂贵的“高科技交通玩具”。

德国曾在80年代于柏林铺设磁悬浮列车系统(M-Bahn)。该系统设有三个车站,长度1.6公里,用的是无人驾驶列车,于19898月开始试验载客,19917月正式服务。,柏林墙倒塌,该线于运行两月后改为普通轮轨列车行走。

2000年柏林至汉堡磁悬浮线路、 2003年鲁尔区都市磁悬浮特快相继被放弃后,2008年慕尼黑机场磁悬浮项目第三度在德国出局。当这一技术首先在中国上海正式投入商业运营,而这项技术的发明地德国,却面对着始终无法开花结果的局面。

2006922日,。埃姆斯兰特实验线载有30多名观光客的磁悬浮列车高速撞上停在轨道上的维护机车,致使23人死亡、10人受重伤。


4、磁悬浮列车的发展

从发展的方向看主要是三个方向:电动型、永久磁体和应用于市内交通的低速系统。电动型能得到较大的悬浮气隙从而对轨道要求低;永久磁体具有很好的性能价格比;而低速磁浮系统具有广阔的市场空间,所以这些是近期发展的重点。

中国和韩国目前主要发展中低速磁悬浮列车,相对于传统的轮轨列车和高速磁浮列车,中低速磁浮列车具有安全、安静、绿色、经济四大显著特点。目前,我国地铁造价每公里5亿元至8亿元左右,轻轨达每公里2亿元至3亿元左右,而中低速磁浮系统造价每公里约为1.5亿元至2.5亿元,运营维修成本也只有轮轨高速列车的1/4

     日本目前大力发展和推广高速磁悬浮列车,我国科学家也在积极研发真空管道磁悬浮列车,未来必然会有更多的高速磁悬浮列车在各地建成及运用。